新研究突破半导体1纳米制程接近量子极限

半导体1纳米制程新突破！台大携手台积电、美国麻省理工学院（MIT），研究发现二维材料结合半金属铋（Bi）能达到极低的电阻，接近量子极限，有助于实现半导体1纳米以下的艰巨挑战。相关研究发布在《自然》杂志上。

由于，目前Si硅基半导体主流制程，已进展至5纳米及3纳米节点，芯片单位面积能容纳的晶体管数目，也将逼近半导体主流材料「硅」的物理极限，芯片效能无法再逐年显著提升。于是，全球科学界都在积极寻找其他的可能材料；而一直以来科学界都对二维材料寄予厚望，却苦于无法解决二维材料高电阻、及低电流等问题。

为此，台大联手台积电、MIT自2019年展开跨国研究，首先由MIT团队发现在二维材料上混搭半金属铋的电极，能大幅降低电阻并提高传输电流；随后台积电研究将铋沉积制程进行优化，台大团队并运用氦离子束光刻系统（Helium-ion beam lithography）将元件通道成功缩小至纳米尺寸，终于获得这项突破性的研究成果。

台大电机系暨光电所吴志毅教授表示，这项研究发现，在使用铋为接触电极的关键结构后，二维材料晶体管的效能不但与硅基半导体相当，又有潜力与目前主流的硅基制程技术相容，有助于未来突破摩尔定律的极限。虽然，目前还处于研究阶段，但该成果能替下一代芯片提供省电、高速等绝佳条件，未来有望在人工智能、电动车、疾病预测等新兴科技的应用。

博士沉品均则指出，过去半导体使用三维材料，物理特性与元件结构发展到3纳米节点，这次研究改用二维材料，厚度可小于1纳米（1~3层原子厚），更逼近固态半导体材料厚度的极限。而半金属铋的材料特性，能消除与二维半导体接面的能量障碍，且半金属铋沉积时，也不会破坏二维材料的原子结构。